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Differenza tra densità e viscosità di un fluido con esempi

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Il liquido a destra appare più viscoso di quello a sinistra

La densità di un materiale è il rapporto tra la sua massa ed il suo volume (cioè massa diviso volume):

  • massa: è la quantità di materia espressa in kg presente in un corpo che determina il comportamento dinamico di quest’ultimo quando viene sottoposto all’influenza di forze esterne, come ad esempio una spinta;
  • volume: è lo spazio occupato nel corpo ed è espresso in m³ (metri cubi).

La massa non varia con la temperatura, mentre il volume può variare in funzione di essa: all’aumentare della temperatura un materiale può dilatarsi (diventando quindi meno denso, visto che la massa rimane la stessa) o contrarsi (diventando più denso). La densità, essendo un rapporto tra massa e volume, ha come unità di misura il kg/m³. Il materiale in esame può essere sia un liquido che un solido o un gas.

La viscosità è una grandezza fisica indicata con la lettera greca μ (“mi”) che riguarda i fluidi ed i gas e rappresenta la resistenza di un fluido allo scorrimento, è in altri termini il coefficiente di scambio di quantità di moto, cioè la resistenza che il fluido oppone allo scorrimento. Viene detta spesso viscosità dinamica per distinguerla dalla viscosità cinematica, che è una grandezza simile alla viscosità dinamica, ma dimensionalmente differente. Si definisce inoltre fluidità la grandezza reciproca della viscosità. Esempi di fluidi biologici più viscosi dell’acqua sono il sangue e lo sperma.

Un semplice esperimento

La viscosità di un fluido appare chiara ad esempio versando il fluido da un recipiente all’altro: un fluido poco viscoso come l’acqua si muove velocemente tra i due recipienti, seguendo la forza di gravità e distribuendosi rapidamente ed uniformemente nel contenitore in cui è versata, prendendone la forma; al contrario un fluido molto viscoso, come il miele, si muove più lentamente tra i due recipienti e ci mette molto più tempo ad assumere uniformemente la forma del nuovo contenitore.

Correlazione tra densità e viscosità

Densità e viscosità non sono necessariamente correlate: ad esempio un olio lubrificante può avere una densità minore dell’acqua (cioè galleggia sull’acqua) e ciononostante essere molto più viscoso dell’acqua; il miele invece, pur essendo anch’esso più viscoso dell’acqua, ha una densità maggiore dell’acqua (va a fondo se immerso in acqua). Non esiste quindi una correlazione diretta o indiretta tra le due misure, che valga in modo univoco per tutti i materiali.

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Dott. Emilio Alessio Loiacono
Medico Chirurgo
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Differenza tra fluido newtoniano e non newtoniano con esempi

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA PESO SPECIFICO SCUOLA RICERCA RESISTENZA ATTRITOCon “liquido” in chimica si indica uno degli stati della materia, insieme a “solido” ed aeriforme (gas). Le sue proprietà principali sono: fluidità, elasticità ed incomprimibilità. Generalmente, una sostanza allo stato liquido è meno densa che allo stato solido, ma un’importante eccezione è costituita dall’acqua.

Comunemente si usa distinguere i fluidi dai solidi per il fatto che questi ultimi hanno una forma propria, mentre i fluidi assumono la forma del recipiente che li contiene. Nei solidi gli sforzi che si generano in conseguenza di una deformazione sono funzione della deformazione stessa, mentre nei fluidi gli sforzi sono proporzionali alla velocità di deformazione. Il comportamento fluido è caratterizzato dalla viscosità mentre quello solido dal modulo di elasticità (o di Young).

A livello molecolare questo significa che due particelle di fluido inizialmente contigue possono essere allontanate indefinitamente tra loro da una forza anche piccola e costante; cessata la causa deformante, le particelle non tendono a riavvicinarsi (ritorno elastico): ciò è dovuto alla diversa entità delle forze intermolecolari che agiscono all’interno di un solido e di un liquido. Tale distinzione netta è in realtà un’approssimazione: la verità è che in tutti i materiali reali gli sforzi sono funzione sia della deformazione che della velocità di deformazione. Il netto prevalere di un comportamento rispetto all’altro determina l’appartenenza all’una o all’altra categoria. Esistono anche materiali per i quali entrambi i comportamenti coesistono e non è possibile trascurarne né l’uno né l’altro; si parla in questo caso di fluidi (o solidi) viscoelastici.

Fluidi newtoniani e non-newtoniani

In meccanica dei fluidi, a seconda di come lo sforzo dipende dal tasso di deformazione dei fluidi, essi possono essere classificati come:

  • fluidi newtoniani: per i quali gli sforzi sono direttamente proporzionali alla velocità di deformazione (la velocità di flusso aumenta proporzionalmente alla forza applicata). Matematicamente questi fluidi presentano un legame di proporzionalità diretta tra il tensore degli sforzi viscosi e il tensore delle velocità di deformazione. La costante di proporzionalità è detta viscosità;
  • fluidi non-newtoniani: dove lo sforzo non è direttamente proporzionale alla velocità di deformazione (sottoposto a forze di taglio, evidenzia un flusso di scorrimento che può essere: plastico, pseudoplastico, dilatante). Un fluido non newtoniano ha la caratteristica di variare la sua viscosità a seconda delle forze che interagiscono con esso. Se ad esempio gli viene applicata una pressione esso assume temporaneamente le proprietà di un corpo semi-solido. Nei fluidi non-newtoniani pseudoplastici la viscosità diminuisce all’aumentare della velocità di deformazione; nei fluidi non-newtoniani dilatanti: la viscosità aumenta  all’aumentare della velocità di deformazione.

Semplificando: se la velocità di deformazione dipende in maniera lineare dallo sforzo di taglio applicato, il fluido è detto “newtoniano”; invece se la velocità di deformazione del fluido dipende in maniera non lineare dallo sforzo di taglio applicato, il fluido viene detto “non newtoniano”.

Inoltre:

  • se la viscosità decresce all’aumentare della durata dello sforzo o, in altre parole, se diminuisce nel tempo lo sforzo necessario a mantenere costante la velocità di deformazione, si dice che il fluido è tissotropico;
  • se la viscosità cresce all’aumentare della durata dello sforzo, il fluido si dice reopectico o anti-tissotropico;
  • se la viscosità decresce all’aumentare della velocità di deformazione si dice che il fluido è assottigliante al taglio o pseudoplastico;
  • se la viscosità cresce all’aumentare della velocità di deformazione si dice che il fluido è ispessente al taglio o dilatante;
  • se lo sforzo è indipendente dalla velocità di deformazione, il materiale mostra deformazione plastica.

Esempi di fluidi newtoniani

Esempi tipici di fluidi newtoniani sono l’acqua e l’olio (sia alimentare che minerale per motori).

Esempi di fluidi non newtoniani

Un esempio di fluido non newtoniano dilatante, può essere realizzato miscelando acqua e amido di mais (detto anche “maizena”) o fecola di patate. L’applicazione di una forza – per esempio stendendo la superficie con un dito o capovolgendo rapidamente il contenitore in cui è posto – induce il fluido a comportarsi come un solido più che come un liquido. Questa è la proprietà di “ispessimento al taglio” (shear thickening) del fluido non newtoniano. Applicando forze più deboli, come il lento inserimento di un cucchiaio nel fluido, lo manterrà nel suo stato liquido. Una persona che si muova velocemente e che applichi una forza sufficiente con i piedi, può letteralmente camminare sopra un tale liquido. Dal punto di vista pratico, una sostanza definibile come fluido pseudoplastico viene richiesta quando, ad esempio, si devono eseguire processi di verniciatura o serigrafia (esempio: la vernice è fluida finché viene applicata con il pennello o a spruzzo ma diventa molto più viscosa e “non cola” quando la sollecitazione cessa). Fluidi come le vernici sono detti pseudoplastici (in inglese shear-thinning, cioè che si assottigliano al taglio). Altri esempi comuni di fluidi non newtoniani sono rappresentati dal sangue, dall’asfalto, dal dentifricio e, più in generale, dai fluidi polimerici. Tipicamente quindi sono liquidi in sospensione a portare tale caratteristica. Ciò è dovuto alla sparizione dei moti browniani allorquando la sospensione diventa più densa nell’elemento solido rispetto all’elemento liquido, ossia al confine tra liquido in sospensione e solido impregnato, e quindi pur mantenendo all’apparenza la forma liquida è a tutti gli effetti fisicamente un solido.

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Differenza tra soluzione e dispersione in chimica con esempi

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA PESO SPECIFICO SCUOLA RICERCA RESISSi definisce “soluzione” in chimica una miscela omogenea in cui una o più sostanze sono contenute in una fase liquida o solida o gassosa; una soluzione contiene particelle diverse mescolate e distribuite in modo uniforme nello spazio disponibile in modo che ogni volume di soluzione abbia la medesima composizione degli altri. La misura della quantità di soluto rispetto alla quantità di soluzione è detta concentrazione e viene misurata sia tramite unità fisiche che tramite unità chimiche. In una soluzione viene denominato solvente la sostanza presente in quantità maggiore e soluto (o soluti) la sostanza (o le sostanze) presente in minor quantità. Una soluzione consiste quindi in una miscela di due o più componenti che formano una dispersione molecolare omogenea in una sola fase fisica. Ricordiamo che la “fase” in chimica indica una porzione di materia che, ad occhio nudo o al microscopio ottico, presenta in ogni suo punto le medesime proprietà fisiche e chimiche.

In chimica si definisce con “dispersione” un sistema stabile o instabile costituito da più fasi (di solito due) in cui la prevalente è detta “fase disperdente” e le altre sono dette “fasi disperse”. Caratteristica delle dispersioni è che le varie fasi sono eterogenee e che le fasi disperse hanno dimensioni superiori alle grandezze colloidali (diametro > 1 μm).

In una soluzione i soluti sono quindi disciolti nel solvente nello stesso stato fisico. Una soluzione, dunque, è un sistema omogeneo. Una dispersione, invece, è un sistema eterogeneo, in cui i “soluti” sono appunto “dispersi” nel “solvente”. Un esempio di dispersione è il fumo infatti consiste in una dispersione di un solido in un aeriforme, oppure la nebbia (dispersione di un liquido in un aeriforme).

Una soluzione consiste in una miscela di due o più componenti che formano una dispersione molecolare omogenea in una sola fase fisica.

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Differenza tra liquidi volatili e non volatili in chimica

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MEDICINA ONLINE LABORATORIO CHIMICA FISICA SANGUE ANALISI FECI URINA GLICEMIA AZOTEMIA DENSITA CHEMISTRY LAB VISCOSITA LIQUIDO GAS SOLIDO FLUIDO ACQUA PESO SPECIFICO SCUOLA RICERCA RESISTENZA ATTRITOCon “liquido” in chimica si indica uno degli stati della materia, insieme a “solido” ed aeriforme (gas). Le sue proprietà principali sono: fluidità, elasticità ed incomprimibilità. Generalmente, una sostanza allo stato liquido è meno densa che allo stato solido, ma un’importante eccezione è costituita dall’acqua.

Comportamento di atomi e molecole nei liquidi

Le molecole o atomi che costituiscono il liquido interagiscono fra loro, sebbene non fortemente come nel solido. Non sono fra loro in posizioni fisse ma “scorrono” gli uni sugli altri, sebbene si ipotizzi l’esistenza di cluster o gabbie relativamente stabili, in liquidi dai forti legami intermolecolari come l’acqua.

Liquidi volatili e non volatili

I liquidi si distinguono in:

  • liquidi volatili: dove i legami fra le molecole costituenti il liquido sono deboli (ad esempio il benzene o il bromo);
  • liquidi non volatili: dove i legami fra le molecole costituenti il liquido sono forti (esempio classico: il mercurio).

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Quanto pesa un litro di acqua liquida o ghiacciata? Perché il ghiaccio galleggia?

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Dott Emilio Alessio Loiacono Medico Chirurgo Specialista in Medicina Estetica Roma PERDERE PESO ESTATE DIETA GHIACCIO Radiofrequenza Rughe Cavitazione Grasso Pressoterapia Linfodrenante Dietologo Cellulite Calorie Pancia Sessuologia Filler BotulinoPotrebbe sembrare una domanda banale, ed in teoria lo sarebbe, eppure a tutti noi può venire un dubbio di quelli a cui persino un bambino delle medie, che ha appena studiato il concetto di “densità”, potrebbe rispondere.

Quanto pesa un litro d’acqua?

La risposta è semplice: un litro di acqua pesa un chilogrammo, poiché la densità dell’acqua è uguale a uno. Questa era la risposta facile, ma per essere più precisi ricordiamo che in realtà 1 litro di acqua pesa in realtà leggermente meno di 1 kg, e cioè: 0,9999729 kg, questo alla pressione di 1 atmosfera e ad una temperatura di 3,98°. Una bottiglia da un litro d’acqua pesa comunque di più di 1 kg: non dimenticate infatti il peso della bottiglia che la contiene, che può essere di vetro o di plastica e può far aumentare il peso complessivo fino ad oltre 1 kg. C’è da dire che ovviamente il peso dell’acqua può variare anche in base alla sua purezza: basta la presenza anche di una piccola parte di un elemento disciolto in acqua, per far variare la sua densità e far pesare un litro di acqua, più o meno di un kg, motivo per cui un litro di acqua distillata pesa meno di un litro di acqua minerale o di acqua essenziale.

Quanto pesa un litro d’acqua ghiacciata?

Anche l’acqua ghiacciata ha lo stesso peso: se metti dell’acqua a ghiacciare nel freezer noterai che aumenta di volume, ma la sua massa, e quindi suo il peso, resta invariato: quello che varia è la sua densità, che diminuisce. In pratica anche un litro di acqua ghiacciata pesa un chilogrammo, ma occupa più spazio a parità di massa, motivo per cui la densità diminuisce e – se mettete una bottiglia di vetro nel frigo con dentro acqua – questa si potrebbe spaccare per la pressione che l’aumentato volume dell’acqua ghiacciata esercita sulle pareti. C’è da dire che di solito, gli oggetti solidi sono più densi dei liquidi, tuttavia il ghiaccio è un’eccezione: al contrario degli altri liquidi (le cui molecole sono chimicamente “ordinate” allo stato liquido e “disordinate” allo stato solido), l’acqua ha la particolarità di avere molecole “disordinate” allo stato liquido ed “ordinate” allo stato solido (ghiaccio). Come visibile dall’immagine in basso, il ghiaccio ha molecole che occupano più spazio e determinano una minore densità.

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Diversa disposizione delle molecole dell’acqua (a) allo stato liquido; (b) allo stato solido

Perché il ghiaccio galleggia?

Abbiamo appena detto che il ghiaccio è una eccezione: in che senso? Nella maggior parte dei casi il raffreddamento di un liquido determina un graduale aumento della sua densità fino a quando diventa solido ed a quel punto raggiunge la sua massima densità. L’acqua si comporta in modo diverso rispetto agli altri liquidi: raffreddandolo, la sua densità inizialmente aumenta, tuttavia, invece di raggiungere la massima densità quando il congelamento si blocca, raggiunge la massima densità a 4°. Raffreddare l’acqua oltre i 4 gradi inverte la tendenza e porta ad una diminuzione della sua densità a causa delle sue caratteristiche chimiche. A 0° un litro d’acqua ghiacciata pesa circa 0,9168 kg contro 0,9997 kg di un litro di acqua allo stato liquido; quando l’acqua diventa ghiaccio, ha quindi una densità inferiore all’acqua: l’acqua è 9% meno densa dell’acqua, quindi occupa 9% di spazio in più e, per il principio di Archimede, rimane a galla sull’acqua.

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Curiosità

Se si riempie completamente un bicchiere di acqua con un cubetto di ghiaccio che ci galleggia, quando il ghiaccio si scioglierà l’acqua traboccherà o no dal bicchiere? No: il cubetto di ghiaccio, sciogliendosi, non fa sollevare ulteriormente il livello dell’acqua, che quindi non traboccherà. Un cubo di ghiaccio, immerso nell’acqua, ne aumenta il livello poiché viene spostato un volume di acqua pari a quello della porzione di ghiaccio immersa. Poiché il ghiaccio ha una densità inferiore a quella dell’acqua liquida, non
tutto il blocchetto è immerso ma una parte, pari a meno di un decimo del volume totale, rimane al di fuori della superficie (si pensi per esempio agli iceberg, la cui
parte emersa è decisamente minore di quella sommersa). Man mano che il ghiaccio del
cubetto si scioglie, il volume di acqua spostata diminuisce e conseguentemente, il livello dell’acqua nel bicchiere dovrebbe a sua volta abbassarsi, tuttavia ciò non avviene poiché l’acqua del ghiaccio fuso va gradualmente ad aggiungersi all’acqua del bicchiere, facendo in modo che, nel complesso, il livello dell’acqua non diminuisca e non aumenti con il progressivo scioglimento del cubetto.

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Contrattura muscolare a schiena, coscia, polpaccio, collo: cosa fare?

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Dott Emilio Alessio Loiacono Medico Chirurgo SPASMI MUSCOLARI MIOCLONIE CONTRAZIONI Muscolo Dieta Chirurgia Medicina Estetica Roma Cavitazione Pressoterapia Grasso Dietologo Cellulite Calorie Peso Pancia Sessuologia Pene Laser Filler Rughe Botulino 1La contrattura muscolare è una lesione muscolare che si caratterizza per un aumento del tono muscolare improvviso ed involontario. La contrattura è di per sé un atto difensivo che si manifesta quando il tessuto muscolare viene sollecitato oltre il suo limite di sopportazione fisiologico: l’eccessivo carico innesca un meccanismo di difesa che porta il muscolo a contrarsi. I muscoli generalmente più colpiti dalla contrattura muscolare sono:

  • i muscoli gemelli;
  • il muscolo soleo;
  • il muscolo bicipite femorale;
  • il muscolo sartorio;
  • i muscoli adduttori;
  • il muscolo trapezio;
  • i muscoli lombari e dorsali della schiena;
  • i muscoli dorsali.

Il disturbo si manifesta attraverso un dolore localizzato intorno al muscolo contratto, che può essere più o meno intenso, inoltre è facilmente riconoscibile al tatto perché predispone una tensione e gonfiore nell’area infiammata. Il disturbo può colpire chiunque anche se interessa soprattutto gli sportivi che praticano discipline in cui è richiesto uno sforzo muscolare di tipo esplosivo (calcio, body-building, rugby, corsa,  ect.) e quelle persone che svolgono lavori pesanti. A volte può manifestarsi anche in caso di gravidanza, obesità, vita sedentaria e altri fattori che analizzeremo più dettagliatamente nel prossimo paragrafo.
Le contratture muscolari solitamente si risolvono nel giro di una decina di giorni con un trattamento conservativo che prevede: riposo, allungamenti del muscolo, massaggi e stop dagli allenamenti.
La patologia rientra fra le lesioni muscolari ed è la meno grave rispetto a:

  • stiramento muscolare;
  • strappo muscolare;
  • rottura o lesione delle fibre muscolari.

Le cause di contrattura muscolare
La contrattura al muscolo è una lesione muscolare che si caratterizza per un aumento del tono muscolare improvviso ed involontario e si può manifestare per diverse cause che possono essere suddivise in “non sportive” e “sportive”.

Tra le “cause sportive” ricordiamo:

  • sforzo muscolare troppo intenso;
  • sollecitazioni muscolari troppo eccessive;
  • riscaldamento non adeguato;
  • esecuzione di movimenti bruschi ed improvvisi;
  • debolezza muscolare;
  • problematiche articolari;
  • mancanza di coordinazione nei movimenti;
  • potenziamento degli allenamenti in maniera non adeguata;
  • eccessiva tensione emotiva;
  • distorsione.

Invece tra le cause “non sportive” abbiamo:

  • svolgimento di attività pesanti;
  • vita sedentaria;
  • obesità;
  • difetti posturali;
  • arti asimmetrici;
  • gravidanza;
  • tetano;
  • peritonite;
  • intossicazioni;
  • patologie del sistema nervoso.

I sintomi di contrattura muscolare
Il soggetto colpito da una contrattura muscolare avverte un dolore modesto e diffuso lungo l’area muscolare interessata. Sia il dolore e sia altri sintomi associati, generalmente tendono a manifestarsi dopo 8-24 ore attraverso:

  • dolore più o meno intenso;
  • quando si cerca di allungare il muscolo, esso rimane contratto;
  • tensione muscolare;
  • aumento involontario del tono muscolare;
  • mancanza di elasticità del muscolo durante lo svolgimento dei movimenti;
  • gonfiore;
  • piccole lesioni nelle fibre muscolari;
  • difficoltà nei movimenti.

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I rimedi per la contrattura muscolare
Per curare la contrattura muscolare è necessario procedere con un trattamento conservativo per guarire in una decina di giorni. E’ necessario:

  • sospendere l’attività sportiva per 3-7 giorni (se non si sospendono gli allenamenti la contrattura non guarisce ed occorrono più giorni di inattività);
  • riposo;
  • assunzione di farmaci miorilassanti e FANS;
  • attività che consentono di allungare la muscolatura e favoriscono l’afflusso di sangue ai muscoli;
  •  massaggi decontratturanti;
  • praticare lo “stretch and spray” (consiste nell’allungare il muscolo e poi erogare un spray refrigerante per bloccare il dolore);
  • cicli di allungamento/contrazione del muscolo;
  • impacchi caldi;
  • fanghi;
  • elettrostimolazione;
  • ionoforesi.

Per prevenire le contratture muscolari è opportuno seguire alcuni consigli utili:

  • eseguire sempre un riscaldamento adeguato;
  • assicurarsi di essere nelle condizioni fisiche opportune per sostenere uno sforzo eccessivo;
  • utilizzare delle pomate specifiche durante la fase di riscaldamento;
  • coprirsi adeguatamente nei mesi invernali;
  • concedersi adeguati tempi di recupero;
  • cercare di correggere eventuali squilibri muscolari e articolari.

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Differenze e punti in comune tra chimica e fisica

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MEDICINA ONLINE ALBERT EINSTEIN PROF LESSON TEACHERChimica e fisica sono rami della scienza che studiano la materia. La differenza tra le due risiede nel loro ambito e nel loro approccio. Chimici e fisici ricevono una formazione diversa e hanno diversi ruoli professionali, anche quando operano in squadra. La divisione tra chimica e fisica diventa diffusa nell’interfaccia dei due rami, in particolare in campi come la chimica fisica, la meccanica quantistica, la fisica/chimica nucleare, la scienza dei materiali, la spettroscopia, la fisica dello stato solido, la cristallografia e la nanotecnologia.

Scopo

Fisica e chimica possono interagire quando il sistema in fase di studio è un materiale comunemente incontrato sulla terra, composto da elettroni e nuclei costituiti da protoni e neutroni. D’altra parte la chimica non è interessata ad altre forme di materia come quark, mu, tauoni e materia oscura, che non partecipano alla trasformazione di un tipo di sostanza in un altro, e che non osserviamo nelle tipiche condizioni terrestri. Anche se le leggi fondamentali che governano il comportamento della materia si applicano sia in chimica che in fisica, le due discipline sono distinte. La fisica è interessata alla natura da una scala molto grande (l’intero universo), fino ad una scala molto piccola (particelle subatomiche). Tutti i fenomeni naturali (o artificiali) che sono misurabili seguono un comportamento che è in conformità con i principi basilari studiati in fisica. La fisica è impegnata con i principi fondamentali dei fenomeni fisici e le forze fondamentali della natura, e comprende gli aspetti dello spazio e del tempo. La fisica si occupa anche dei principi fondamentali che spiegano la materia e l’energia, e può studiare gli aspetti della materia atomica, seguendo concetti derivati dai principi fondamentali. La chimica si concentra su come le sostanze interagiscono tra di loro e con l’energia (per esempio calore e luce). Lo studio sul cambiamento della materia (reazioni chimiche) e sulla sintesi è il cuore della chimica, e dà luogo a concetti come i gruppi funzionali organici e le leggi sulla velocità delle reazioni chimiche. La chimica studia anche le proprietà della materia su una scala più ampia (ad esempio, astrochimica) e le reazioni della materia ad una scala più ampia (ad esempio, la chimica), ma in genere, le spiegazioni e le previsioni sono ricondotte alla struttura atomica di base, dando maggiore importanza ai metodi per l’identificazione delle molecole e ai loro meccanismi di trasformazione di qualunque altra scienza. La chimica non è una sottodisciplina della fisica, perché essa è diversa dalla fisica in aspetti come l’approccio, l’enfasi (l’ambito di applicazione) e la formazione dei suoi praticanti. La conoscenza ottenuta nello studio sia chimico o fisico può essere utilizzato in un modo più diretto (come scienza applicata) o può essere usato per migliorare la nostra comprensione di alcuni aspetti della natura.

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L’approccio

Sebbene sia la fisica che la chimica siano interessate alla materia e alla sua interazione con l’energia, le due discipline differiscono nell’approccio. In fisica è tipico prescindere dal tipo specifico di materia, e concentrarsi sulle proprietà comuni di diversi materiali. In ottica, per esempio, i materiali sono caratterizzati dal loro indice di rifrazione, e i materiali con lo stesso indice di rifrazione hanno proprietà identiche. La chimica, d’altra parte, si concentra sui composti che sono presenti in un campione, e studia come il modificare la struttura delle molecole cambi la loro reattività e le loro proprietà fisiche. Le due scienze si differenziano per il ruolo che la teoria svolge all’interno della disciplina. La fisica può essere divisa in fisica sperimentale e teorica. Storicamente la fisica teorica ha previsto correttamente fenomeni che all’epoca erano fuori dalla portata sperimentale e che hanno potuto essere verificati soltanto dopo i progressi delle tecniche sperimentali. In chimica, storicamente il ruolo della teoria è stato retrospettivo poiché riassumendo dati sperimentali prevedeva il risultato di esperimenti simili. Tuttavia, con la potenza crescente dei metodi computazionali in chimica, è diventato possibile prevedere se un ipotetico composto è stabile o no, prima che i dati sperimentali siano disponibili.

Studi

In un tipico programma di laurea per fisica, i corsi più richiesti sono nelle sottodiscipline della fisica, con l’aggiunta di corsi richiesti in matematica. Poiché gran parte della fisica è costituita da equazioni differenziali riguardanti la materia, lo spazio e il tempo (i principi della dinamica e le equazioni di Maxwell sull’elettromagnetismo), gli studenti devono avere familiarità con le equazioni differenziali. In un tipico programma di laurea per chimica, l’attenzione è posta sulle classi di laboratorio e sulla comprensione di modelli applicabili che descrivono i legami chimici e la struttura molecolare. Pone l’attenzione anche sui metodi di analisi e sulle formule e le equazioni utilizzate nelle trasformazioni chimiche.

Gli studenti seguono corsi di matematica, fisica, chimica e spesso biochimica. Tra i due programmi di studio, ci sono molti studi in comune (calcolo, fisica introduttiva, la meccanica quantistica, termodinamica). Tuttavia, la fisica pone una maggiore enfasi sulla teoria fondamentale (con il trattamento matematico), mentre la chimica pone maggiormente l’attenzione nella combinazione delle più importanti teorie delle definizioni matematiche con l’approccio ai modelli molecolari. Le competenze di laboratorio possono differire in entrambi i programmi, in quanto gli studenti possono essere coinvolti in diverse tecnologie, a seconda del programma e dell’istituto di istruzione superiore (per esempio, uno studente di chimica può passare più tempo in laboratorio con oggetti di vetro per la distillazione e purificazione o su uno strumento di cromatografia-spettroscopia, mentre uno studente di fisica può spendere molto più tempo con una tecnologia laser o con qualche circuito elettrico complesso).

Opportunità di lavoro

Secondo l’Ufficio delle Statistiche del Lavoro (Dipartimento del Lavoro), ci sono 80.000 chimici e 17.000 fisici che lavorano negli Stati Unitinel maggio 2010. Inoltre, 21.000 chimici e 13.500 i fisici insegnano al liceo. La chimica è l’unica scienza che ha un intero settore, l’industria chimica, che porta il suo nome e molti chimici lavorano in questo settore, nella ricerca e sviluppo, nella produzione, nella formazione e nella gestione. Altre industrie che impiegano i chimici sono quelle che riguardano l’industria petrolifera, quella farmaceutica e quella alimentare. Mentre non c’è un’industria che prende il nome dalla fisica, molte industrie sono cresciute dalla ricerca in fisica, in particolare il settore dei semiconduttori e dell’elettronica. I fisici vengono impiegati anche al di fuori della scienza, per esempio nella finanza, a causa della loro formazione nella modellazione di sistemi complessi.

Argomenti in comune di chimica e fisica

Chimica e la fisica non sono scienze strettamente separate, e chimici e fisici lavorano in squadre interdisciplinari per esplorare i seguenti temi:

  • Chimica quantistica;
  • Spettroscopia;
  • Termodinamica;
  • Fisica dello stato solido;
  • Cristallografia;
  • Nanomateriali.

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Differenza tra fisica classica e quantistica

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MEDICINA ONLINE ALBERT EINSTEIN PROF LESSON TEACHERLa fisica classica raggruppa tutti gli ambiti e i modelli della fisica che non considerano i fenomeni descritti nel macrocosmo dalla relatività generale e nel microcosmo dalla meccanica quantistica, teorie che definiscono invece la cosiddetta fisica moderna. Per tale motivo è possibile classificare come fisica classica tutte le teorie formulate prima del XX secolo, all’iniziare del quale apparvero i primi lavori di Max Planck basati sull’ipotesi dei quanti. Alcune teorie successive, come la relatività ristretta, possono essere considerate classiche o moderne. Sono quindi comprese nella fisica classica le teorie sulla meccanica, inclusa l’acustica, sulla termodinamica, sull’elettromagnetismo, inclusa l’ottica, e la gravità newtoniana.

La meccanica quantistica (anche detta fisica quantistica o teoria dei quanti) è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e le reciproche interazioni, con particolare riguardo ai fenomeni caratteristici della scala di lunghezza o di energia atomica e subatomica. Come caratteristica fondamentale, la meccanica quantistica descrive la radiazione e la materia sia come fenomeno ondulatorio che come entità particellare, al contrario della meccanica classica, dove per esempio la luce è descritta solo come un’onda o l’elettrone solo come una particella. Questa inaspettata e contro intuitiva proprietà, chiamata dualismo onda-particella, è la principale ragione del fallimento di tutte le teorie classiche sviluppate fino al XIX secolo nella descrizione degli atomi e delle molecole. La relazione fra natura ondulatoria e corpuscolare delle particelle e della radiazione è enunciata nel principio di complementarità e formalizzata nel principio di indeterminazione di Heisenberg.

La meccanica quantistica rappresenta assieme alla relatività un punto di svolta rispetto alla fisica classica, portando alla nascita della fisica moderna. Esistono numerosi formalismi matematici equivalenti della teoria, come la meccanica ondulatoria e la meccanica delle matrici; al contrario esistono numerose e discordanti interpretazioni della meccanica quantistica riguardo l’essenza ultima del cosmo e della natura. La meccanica quantistica è a fondamento di molte altre branche della fisica moderna come la fisica atomica, la fisica della materia condensata, la fisica nucleare e subnucleare e la fisica delle particelle: queste ultime sono basate sulla meccanica quantistica relativistica e sulla teoria quantistica dei campi, generalizzazioni della formulazione originale che includono il principio di relatività ristretta.

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